Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния проблемы повышения теплопроводности полимерных материалов (ПМ). Цель и задачи исследования .
1.1. Современные представления о механизме переноса тепла в полимерах 10
1.2. Анализ существующих методов повышения теплопроводности ПМ 11
1.3. Цель работы и задачи исследования 14
Глава 2. Разработка модели процесса формирования теплопроводящих структур в магнитообработанных тонкослойных полимерных материалах (ТПМ) .
2.1. Природа процесса формирования проводящей структуры полимера с ферромагнитным наполнителем в постоянном магнитном поле 15
2.2. Модель процесса теплопроводности ориентированных структур из ферромагнитного наполнителя в магнитообработанных ТПМ 19
Глава 3. Экспериментальные методы и установки для магнитной обработки и определения коэффициента теплопроводности образцов из ТПМ .
3.1. Методика и установка для магнитной обработки образцов из ТПМ 31
3.2. Методика и установка для определения коэффициента теплопроводности образцов из ТПМ 37
3.3. Статистическая обработка результатов исследований и методика определения погрешностей 42
Глава 4. Результаты экспериментальных исследований магнитообработанных ТПМ .
4.1. Зависимость теплопроводности ТПМ от напряженности магнитного поля 46
4.2. Зависимость теплопроводности ТПМ от концентрации и дисперсности наполнителя 49
4.3. Влияние магнитной обработки на физико-механические характеристики ТПМ 63
Глава 5. Практическая реализация научных решений 69
Основные выводы и результаты 72
Список использованной литературы 73
Приложение
- Анализ существующих методов повышения теплопроводности ПМ
- Модель процесса теплопроводности ориентированных структур из ферромагнитного наполнителя в магнитообработанных ТПМ
- Методика и установка для определения коэффициента теплопроводности образцов из ТПМ
- Зависимость теплопроводности ТПМ от концентрации и дисперсности наполнителя
Введение к работе
Актуальность темы. В процессе создания различных технических систем в авиации, космонавтике, радиоэлектронике, малой энергетике и других наукоемких отраслях используются тонкослойные полимерные материалы в виде прокладок, пленок, покрытий и клеевых прослоек.
Во многих случаях использование этих материалов ограничивается их низкой теплопроводностью. Это особенно характерно для систем, в которых имеет место теплообмен через ТПМ. Вследствие низкой теплопроводности ТПМ в зонах переходов возникают термические сопротивления, приводящие к увеличению общего температурного перепада в составных деталях и узлах. В конечном итоге эксплуатация подобных систем приводит к их перегреву и выходу из строя. Известный на сегодняшний день способ повышения теплопроводности полимерных материалов путем введения в полимерную матрицу наполнителей в виде металлических порошков зачастую не решает эту проблему. Во-первых, даже при высокой степени наполнения теплопроводность полимер- ного материала возрастает незначительно Я < 0,6 и во - вторых, этот тех- V м-К) нологический прием приводит к заметному снижению прочностных характеристик для клеевых соединений и покрытий, уменьшению модуля упругости прокладок и пленок, а также сопровождается увеличением веса изделий.
Решение проблемы повышения теплопроводности ТПМ может быть реализовано путем создания упорядоченных теплопроводящих структур в виде замкнутых цепочек из частиц наполнителя. Такие структуры могут быть получены в процессе обработки в постоянном магнитном поле изделий из ТПМ в виде полимерной композиции с ферромагнитным порошковым наполнителем в процессе ее отверждения.
Решение указанной проблемы осуществлялось автором в рамках выполнения работ по научно-технической программе «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», подпрограмма
7 «Новые материалы», тема «Разработка технологии создания теплопроводных клеевых прослоек и пленок на основе полимеров» (номер государственной регистрации 07.02.006).
Цель и задачи исследования.
Разработка и обоснование метода создания тонкослойных полимерных материалов с повышенной теплопроводностью путем ориентации ферромагнитных дисперсных наполнителей в постоянном магнитном поле.
В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие научные и практические задачи: анализ существующих методов повышения теплопроводности полимерных материалов; разработка математической модели процесса теплопроводности в маг-нитообработанных ТПМ; - экспериментальное исследование зависимости теплопроводности маг- нитообработанных ТПМ от напряженности поля, концентрации и дисперсности наполнителя; - разработка практических рекомендаций по созданию ТПМ с заданными теплофизическими и механическими характеристиками.
Научная новизна работы.
1. Обоснована возможность создания теплопроводящих структур в массиве ТПМ путем обработки полимерных композиций с ферромагнитным порошко вым наполнителем в постоянном магнитном поле.
2. Разработаны математическая модель и методика расчета теплопроводности в магнитообработанных ТПМ.
3. Экспериментально исследовано влияние напряженности магнитного поля, концентрации и дисперсности наполнителя на теплопроводность и прочность магнитообработанных ТПМ, позволяющее создавать ТПМ с заданными тепло- физическими и механическими характеристиками.
8 Указанные составляющие научной новизны являются положениями, выносимыми на защиту.
Практическая ценность и реализация результатов.
Приведенные в работе экспериментально-теоретические исследования позволяют производственникам:
1. Создать промышленный магнитообрабатывающий комплекс по изго товлению ТПМ с повышенной теплопроводностью.
2. Прогнозировать теплофизические и механические характеристики ТПМ при обработке их в магнитном поле в процессе отверждения полимерной композиции с ферромагнитным дисперсным наполнителем.
Результаты исследований получили внедрение при выполнении работ по научно-технической программе «Научные исследования высшей школы в области приоритетных направлений науки и техники», подпрограмма «Новые материалы».
Материалы диссертации используются в учебном процессе кафедры энергетики и гидравлики ВГЛТА. Теоретическая часть включена в программу курса «Теплотехника», читаемого для студентов специальностей АиАх и ТДО.
Апробация работы.
Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на III Российской национальной конференции по теплообмену (Москва,2002); научно-технической конференции «Перспективные полимерные материалы со специальными свойствами» (Волгоград, 2001); Международной научно-практической конференции «Повышение эффективности лесозаготовок малолесных районов России» (Воронеж, 2001); Первой Всероссийской школе-семинаре молодых ученых и специалистов «Энергосбережение - теория и практика» (Москва, 2002); «Третьем международном симпозиуме по энергетике, окружающей среде и экономике (Казань, 2001). Тематика исследований входит в ежегодные планы научно- исследовательской работы кафедры энергетики и гидравлики Воронежской Государственной лесотехнической академии.
9 Краткое содержание работы.
Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, поставлены основные цели и задачи исследования, определены научная новизна и практическая значимость результатов работы. Приведены основные положения, выносимые на защиту, данные по апробации работы, кратко изложено содержание работы.
В первой главе приведен анализ современного состояния проблемы повышения теплопроводности полимерных материалов. Формулируется цель и задачи исследования.
Во второй главе рассматривается физическая сторона процесса формирования проводящей структуры полимера с ферромагнитным наполнителем в постоянном магнитном поле. Приводится аналитическое решение задачи теплопроводности через магнитообработанные ТПМ с учетом воздействия термосопротивлений в зоне контактов частиц наполнителя между собой.
В третьей главе диссертации описываются разработанные методики и опытные установки по созданию магнитообработанных образцов из ТПМ и определению их теплопроводности в нестационарном тепловом режиме.
В четвертой главе работы экспериментально исследуется влияние напряженности магнитного поля, концентрации и дисперсности наполнителя на теплопроводность магнитообработанных ТПМ. На основе полученных экспериментальных данных выводятся корреляционные зависимости. На основе приведенных исследований предлагаются методы создания теплопроводных ТПМ путем применения комбинированных наполнителей и циклических воздействий магнитного поля.
В пятой главе приводится фрагмент практической реализации результатов работы.
Анализ существующих методов повышения теплопроводности ПМ
За последние три десятилетия отечественными и зарубежными учеными проведен большой цикл исследований с целью разработки технологий повышения теплопроводности полимерных материалов. Повышенный интерес к этой проблеме объясняется необходимостью использования во многих наукоемких производствах ПМ с повышенной теплопроводностью. Анализ проведенных исследований показывает, что в основном применяется метод, основанный на введении в полимерную матрицу дисперсного наполнителя металлической природы. Введение металлических наполнителей в полимеры оказывает, как правило, усиливающее действие, вызванное эффектом ориентации структурных элементов полимера вокруг частиц наполнителя [6]. При незначительной степени наполнения в системе ее свойства определяются свойствами дисперсионной среды. Высокая степень наполнения системы приводит к возникновению небольших цепочек или сетки из частиц дисперсной фазы, разделенных прослойками из полимера. Вместе с тем значительное наполнение полимера приводит к нарушению монолитности каркаса и, как следствие, к снижению прочностных характеристик системы. Для наполненных ПМ, как гетерогенных систем, процесс теплопроводности представляется еще более сложным по сравнению с ненаполненными ПМ. Одним из подтверждений такой точки зрения являются результаты исследований теплопроводности фрикционных материалов [7]. Исследованиями установлено нарушение правил аддитивности при составлении композиции из высокотеплопроводного порошка и полимера.
Так, введение в полимер 10% алюминиевого и 25% графитового порошков по массе повышает коэффициент тепло проводности всего до 0,58 . В тоже время согласно данным из работы [8] композиция на основе полиэфирного компаунда МБК и 50% малотеплопровод ного маршалита по массе имеет теплопроводность порядка 0,77 . Такого рода аналогии имеют место и в результатах многих других исследователей. Причина такого явления заключается в протекании объемного эффекта, обусловленного формой и размером частиц наполнителя. Основной смысл объемного эффекта заключается в том, что повышение теплопроводности через материал частиц наполнителя имеет меньший вклад, чем снижение теплопроводности через полимерные прослойки между частицами. Отсюда суммарная теплопроводность композиции растет интенсивнее при введении большого числа частиц, т.е. при повышении объемной концентрации наполнителя в полимере. Определенную роль в формировании структуры наполненных ПМ играет дисперсность наполнителя. Экспериментально установлено, что наполнитель с большим размером частиц и следовательно, меньшей общей поверхностью взаимодействия с полимером высокоэластичного состояния снижает скорость роста теплоемкости при увеличении концентрации наполнителя. Такой характер формирования теплоемкости вызван, очевидно, замораживанием процесса непосредственного взаимодействия элементов надмолекулярных образований с поверхностью наполнителя. Наряду с исследованиями теплофизических свойств блочных полимеров с наполнителями исследовалась также теплопроводность многофазных систем типа наполненных полимерных покрытий. Установлено [9,10], что на теплопроводность покрытий оказывают влияние внутренние напряжения. При этом теплопроводность покрытия в процессе отверждения изменяется антибатно внутренним напряжениям. Исследованиями также установлено, что для каждой пары компонентов (полимер-наполнитель) существуют концентрационные нормы, при которых наполненные полимеры обладают оптимальными свойствами и упорядоченной структурой [11]. Микроструктурным анализом установлено, что при объемной концентрации кварцевого песка в 5-10% имеет место образование упорядоченных структур вокруг частиц вплоть до областей с надмолекулярными образованиями [12].
Из приведенного выше анализа имеющихся в настоящее время опытных данных по теплопроводности наполненных ПМ и ТПМ видно, что механизм формирования таких систем не позволяет получать структуры, в которых бы частицы наполнителя непосредственно контактировали между собой. Наличие же малотеплопроводных полимерных прослоек между частицами наполнителя повышает термосопротивление на пути теплового потока. Поэтому при этом способе даже при высокой концентрации металлического наполнителя коэффи циент теплопроводности ПМ не превышает 0,6...0,7 . При этом резко снижаются прочностные характеристики изделий из ПМ. Отсюда можно полагать, что для повышения теплопроводности ПМ, а, следовательно, и ТПМ необходим побуждающий механизм для создания в процессе отверждения полимера цепочных структур из частиц наполнителя.
Модель процесса теплопроводности ориентированных структур из ферромагнитного наполнителя в магнитообработанных ТПМ
Установленные выше закономерности формирования магнитообработанных полимерных систем с ферромагнитным наполнителем позволяют перейти к рассмотрению модели процесса теплопроводности непосредственно в ТПМ. На рис. 2.1 представлена модель ТПМ с ферромагнитным порошковым наполнителем, сформировавшаяся в однородном статическом магнитном поле. Введем следующие допущения: - рассматривается монодисперсный ферромагнитный наполнитель в виде частиц сферической формы; - под действием внешнего магнитного поля частицы наполнителя в полимерной матрице образуют однородные, выстроенные в направлении силовых линий поля и равномерно распределенные цепочечные структуры. Как свидетельствует микроструктурный анализ магнитообработанных ТПМ, образующиеся по толщине образцов цепочечные структуры даже при малом наполнении, как правило, образуют плотноупакованные цилиндрические стержни. С увеличением концентрации и дисперсности наполнителя растет число стержней и их диаметр. При этом этот процесс интенсифицируется повышением напряженности магнитного поля. Естественно, трудно установить закономерности формирования таких структур в реальных условиях. Поэтому целесообразно с учетом допущений принять за основу модель стержневой системой из единично контактирующих частиц наполнителя и затем ввести поправки по влиянию на теплопроводность системы контактных термосопротивлений между соприкасающимися частицами.
С учетом принятых выше допущений определим число стрежней с еди-ничноконтактирующими частицами, образовавшихся при наложении магнитного поля. Очевидно, что объем полимерной композиции, составляющей прокладку, пленку, клеевую прослойку или покрытие, запишется где SuA- соответственно поверхность и толщина ТПМ Объем, занимаемый наполнителем, равняется Здесь С- объемная концентрация наполнителя в %. Общее количество частиц наполнителя в данном объеме находится, как Смоделируем процесс теплопроводности через выделенную в массиве термообработанного ТПМ элементарную ячейку в форме куба (рис. 2.2), как систему с дальним порядком, тепловые свойства которой идентичны тепловым свойствам системы в целом. Рис. 2.1 Модель наполненного ТПМ, обработанного в однородном статическом магнитном поле. 1- прокладка, пленка, покрытие, клеевая прослойка; 2- стержневые структуры из частиц наполнителя; 3 - кюветы или склеиваемые пластины. Передача тепловой энергии в микрообъемах подобному рис. 2.2. происходит на молекулярном и атомном уровнях, но в феноменологическом приближении закон теплопроводности устанавливается уравнением Фурье. В данном случае, когда вектор теплового потока направлен вдоль стержней из частиц наполнителя поперечный градиент температуры в среднем выделенной ячейке равен нулю. При этих предпосылках температурное поле будет двоякопериодической функцией переменных, периоды которой полностью совпадают с периодами структуры.
Продольный тепловой поток в составляющих компонентах среды -стержни из наполнителя и полимер при одном для ячейки продольном градиенте температуры ввиду различия их теплопроводности будет различен. Отсюда изотермическая поверхность в каждой элементарной ячейке имеет максимум в области, занятой более высокотеплопроводными стержнями и минимум в остальной части ячейки. За счет изгиба изотермической поверхности в каждой выбранной ячейке возникает локальный поперечный тепловой поток, выравнивающий температуры в массиве ТПМ. Если принять допущение, что изотермическая поверхность представляет собой плоскость, перпендикулярную стержням, то при постоянном продольном тепловом потоке функция температуры будет линейно зависеть от координаты х и тогда
Методика и установка для определения коэффициента теплопроводности образцов из ТПМ
Изготовленные описанным выше способом полимерные прокладки, пленки и клеевые прослойки требовалось исследовать на теплопроводность. Проведенный анализ современных методов определения коэффициента теплопроводности неметаллических материалов [32-35] показывает, что несмотря на значительное количество разработанных методов сложно выбрать метод, отвечающий специфике формирования температурного поля в ТПМ. Наиболее приемлемым для исследования теплопроводности тонкослойных полимерных материалов в режиме нестационарности представляется так называемый метод двух температурно-временных интервалов [36,37]. Незначительная по объему модернизация метода позволяет его значительно упростить. На рис. 3.5. представлена схема двухсоставной системы с исследуемым образцом. Как видно из этого рисунка, один из спаев дифференциальной термопары помещен внутри теплоприемника, а другой - в нагревателе постоянной температуры tH. При этом показание N0 гальванометра, включенного в цепь термопары, соответствует разности температур tfl 0. При соприкосновении системы из теплоприемника и образца в виде прокладки, пленки или клеевой прослойки с нагревателем температура системы возрастает и показания N гальванометра уменьшаются. Определение коэффициента теплопроводности исследуемого ТПМ сводится к фиксированию двух промежутков времени: Ат1 -т2 -Т\ и Ат2 =т3 -т{, соответствующих двум заданным изменениям показаний гальванометра: A/V, = N] - N2 и AN2 = N{ - N3 (рис.3.6). Полученные значения Аг, и Дг2 позволяют найти коэффициент теплопроводности исследуемого ТПМ из выражения где в- постоянная теплоприемника, характеризующая его тепловую активность; Риє- безразмерные параметры; Ті- толщина образца. Входящие в (3.1) безразмерные параметры находятся из рабочих таблиц, дающих зависимость Р и є от найденных в опыте значений Дг, и Аг2 [37]. Изменение показаний гальванометра со временем г связано с изменением относительной температуры в - — в точке О системы соотношением
Уравнение 0 = f(r), описывающее изменения относительной температуры в в точке О системы, имеет вид В этом уравнении к о водности и температуропроводности теплоприемника; Я, а - коэффициенты теплопроводности и температуропроводности исследуемого ТПМ. При работе по данной методике требуется стремиться к увеличению измеряемых промежутков времени Аг, и Аг2, для чего необходимо использовать теп лоприемник с большим значением постоянной в. При создании экспери ментальной установки использовался теплоприемник, изготовленный из свинца, имеющий наибольшую из возможных значений постоянную в. Из таблиц приложения к работе [37] для узловых точек можно отыскать зависимость є І у = /(є) для различных значений в. Из соотношения М-{єІу) следует y-єІМ, тогда для выбранного промежутка А0 = в2 -в] параметр Таким образом, измерение коэффициента теплопроводности образца сводится к определению промежутка времени Дг, соответствующего разности Ав = в2 —0\, где в] и в2 - удобные для измерений значения в\ =1 и Для практической реализации нестационарного метода определения теплопроводности ТПМ была спроектирована и изготовлена экспериментальная установка, общий вид которой представлен на рис. 3.7. 42 Установка состоит из трех узлов: теплоприемника с исследуемым образцом, нагревателя постоянной температуры и измерительного комплекса. Для создания надежного теплового контакта между образцом и тепло-приемником система нагружалась постоянным грузом и спай термопары с подводящими проводниками был углублен в тело теплоприемника. Кроме этого при проведении эксперимента поверхности образцов в виде пленок и прокладок шлифовались и покрывались термостойким маслом с графитовым порошковым наполнителем. Для температурных измерений применялись хромель-копелевые термопары из электродов диаметром 0,3 мм . В установке использовался электрический нагреватель с терморегули-рующим устройством, позволяющим создавать постоянную температуру на поверхности нагревателя. Электроизмерительная схема составлена из дифференциальной хромель-копелевой термопары, гальванометра М 195 и реостата, включенного последовательно с гальванометром и служащего для установления начального деления JV0 шкалы прибора. При определении теплопроводности ТПМ неизбежен разброс экспериментально полученных значений. Это объясняется тем, что помимо объективных факторов, таких как технология изготовления ТПМ, на их теплопроводность влияют также как случайные, так и вероятностные ошибки. Для установления типичной характеристики вычисляем среднеарифметическое значение из совокупности всех наблюдений [38, 39]. п Довольно часто одно или несколько значений X значительно отличается от среднего значения и от остальных данных опытов.
Это может быть результатом ошибки эксперимента. Обычно такие «выпадающие» данные отбрасываются и при анализе не учитываются. Вопрос о том, при каких условиях резко отличающиеся значения Ялшкс следует исключить и в каких условиях их необходимо учитывать, решает аппарат теории вероятностей. Находим величину Далее по зависимости числа замеров п от вероятности Р находим квантиль распределения. Для тепловых измерений Р = 0,05 при п = 5 квантиль распределения V0 =1,869. Если V)V0, ТО Ял1акс следует отбросить как замер, содержащий грубую ошибку. Методика расчета Хмш аналогична, только в этом случае Среднеарифметическое значение дает представление о среднем значении изучаемого признака, но пределов его колебаний не выражает. Значением, характеризующим пределы колебаний изучаемых свойств, является среднеквад-ратическое отклонение с, равное где і Я, сумма квадратов отклонений всех вариантов от среднеарифметиче /=1 ского значения. Среднеарифметическое значение, как правило, вычисляют из сравнительно небольшого числа измерений с той же степенью точности. Характеристикой его, позволяющей по частным значениям среднеарифметического судить об общем его значении, является средняя ошибка среднеарифметического т:
Зависимость теплопроводности ТПМ от концентрации и дисперсности наполнителя
Как видно из графиков рис. 4.1., существенное влияние на теплопроводность магнитообработанных полимерных прокладок оказывает концентрация дисперсного ферромагнитного наполнителя ПЖВ. Так, при напряженности поля порядка 27-10 А/м, когда завершается структурообразование стержней, можно создать полимерные прокладки из композиции с концентрацией напол нителя в 10% теплопроводностью около 0,6 . В тоже время для прокла док из композиции с концентрацией наполнителя в 60% теплопроводность при ближается к 0,8 . Такой рост теплопроводности для прокладок с большей концентрацией наполнителя объясняется единственным фактором - это значительным увеличением числа образовавшихся стержней. Здесь следует также отметить различный абсолютный показатель роста теплопроводности полимерных прокладок в зависимости от концентрации наполнителя в рассматриваемом диапазоне напряженности магнитного поля. Так, для прокладок с концентрацией наполнителя в 10%) повышение напряженности поля от 3 10 АIм до 27 10 А/м ведет к росту теплопроводности до 50%, в то время как для прокладок с 60% концентрацией наполнителя увеличение теплопроводности ограничивается 12%. Такой характер повышения теплопроводности объясняется более медленной скоростью формирования стержневых структур для композиций с малой концентрацией наполнителя. Правомерно поставить вопрос повышения теплопроводности полимерных прокладок путем увеличения концентрации вводимого в полимерную матрицу наполнителя. Как показали специально проведенные исследования, дальнейшее повышение концентрации наполнителя (до 100% по весу) дает обратный эффект. Результаты экспериментов представлены на рис. 4.1 в виде кривых 8.... 10.
Снижение теплопроводности можно объяснить только одним фактором, а именно - наступлением режима перенасыщения наполнителя, когда полимерное связующее не смачивает отдельные частицы наполнителя и образуются воздушные включения. Наличие воздушных включений, которые наблюдались визуально, значительно снижает теплопроводность материала прокладок. Для установления влияния природы наполнителя специально проведены исследования полимерных прокладок из композиции с никелевым порошком. На рис. 4.2 приводятся результаты экспериментов. Анализ кривых зависимости Л = /(H) ДЛЯ различных концентраций наполнителя показывает, что характер их расположения мало отличается от графиков рис. 4.1. Заметным представляется более высокая теплопроводность для прокладок с наполнителем в виде никелевого порошка. Это объясняется, очевидно, тем, что никель имеет большую теплопроводность, чем железо [42]. Одновременно проведены исследования по влиянию дисперсности наполнителя. Кривые 1...6 на рис. 4.2 получены для наполнителя с приведенным диаметром порядка d= 30...40 мкм. Специально проведенные исследования для наполнителя с d= 300...400 мкм при С = 60% приведены в виде штриховой кривой. Видно, что теплопроводность в последнем случае значительно выше, чем для полимерных прокладок с высокодисперсным наполнителем. Рост теплопроводности в этом случае объясняется уменьшением числа контактов между частицами наполнителя в сформировавшихся под воздействием магнитного поля стержнях. Отсюда согласно ранее полученного выражения (2.32) те пловая проводимость за счет снижения контактных термосопротивлений R к между отдельными частицами в целом для полимерной прослойки возрастает [43...45]. На рис. 4.3 представлена кривая зависимости Л = /(С) для полимерных прокладок с наполнителями ПЖВ (данные рис.4.1) и никелевый порошок (данные рис. 4.2) при максимальной напряженности магнитного поля (# 24-104 А/м). Из сравнения опытных и рассчитанных по формуле (2.33) данных видна их хорошая сходимость особенно в зоне высоких концентраций наполнителя. Таким образом, с помощью формулы (2.33) можно прогнозировать теплопроводность ТПМ, обработанных в режиме высоких значений напряженности магнитного поля, когда полностью заканчивается процесс струк турообразования частиц наполнителя. Поскольку основной целью работы является разработка эффективных методов повышения теплопроводности ТПМ, были проведены исследования с многокомпонентными дисперсными наполнителями, один из которых обладает ферромагнитными свойствами. Исследовались смеси наполнителей из ПЖВ + графитовый порошок, ПЖВ + алюминиевый порошок и ПЖВ + латунный порошок. Основываясь на основных положениях физико-химии полимеров [46], можно ожидать воздействия на частицы неферромагнитной природы сил притяжения вокруг образовавшихся стержней из частиц ферромагнитной природы [47]. Таким образом, частицы наполнителя неферромагнитной природы концентрируются вокруг стержней и соответственно вносят вклад в процесс по 53 вышения теплопроводности в целом для ТПМ. Результаты испытаний для образцов с многокомпонентными наполнителями представлены на графиках рис. 4.4...4.7. Общий анализ приведенных графиков показывает, что при идентичной концентрации неферромагнитных наполнителей (С = 10% по весу от ПЖВ) предпочтение следует отдать графитовому и алюминиевому порошкам. Латунный порошок менее эффективен для повышения теплопроводности ТПМ.
Поскольку теплопроводность материалов предложенных наполнителей неферромагнитной природы мало отличается друг от друга, объяснение природы более низкой теплопроводности для композиции с латунным порошком следует искать в другой плоскости. Можно предполагать, что для этого наполнителя характерна низкая поверхностная активность [48], [49], не позволяющая части частиц участвовать в процессе структурообразования вокруг стержней. В целом, если сравнивать значения коэффициента теплопроводности для ТПМ с наполнителями из чисто ферромагнитного материала и многокомпонентных, то видно заметное повышение теплопроводности для второй разновидности. При этом этот эффект наблюдается при концентрации наполнителя во всем рассматриваемом диапазоне (С = 10...60%). Заметно выше также теплопроводность во втором случае для стартового положения по воздействию магнитного поля [50]. На графиках рис. 4.4 и 4.7 представлены результаты испытаний для полимерных прокладок из композиции на основе эпоксидной смолы + наполнителя ПЖВ + 10% и 30% графитового порошка по весу от ПЖВ. Как видно из расположения кривых, имеет место повышение теплопроводности и особенно заметно в стартовой области. Вместе с тем не наблюдается снижение теплопроводности несмотря на высокую концентрацию многокомпонентного наполнителя, что характерно для прокладок с ПЖВ.
